JPH0639092Y2

JPH0639092Y2 - 内燃機関用燃料噴射弁

Info

Publication number: JPH0639092Y2
Application number: JP1987200329U
Authority: JP
Inventors: 啓壮武田; 清中西; 大洋河合; 里欧清水
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1987-12-29
Filing date: 1987-12-29
Publication date: 1994-10-12
Anticipated expiration: 2002-12-29
Also published as: JPH01105765U

Description

【考案の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本考案は、単一の燃料計量噴孔を有し該燃料計量噴孔か
ら噴射された噴射燃料をアダプタに形成された複数個の
噴射燃料通路を介して噴射させるタイプ（多ホールタイ
プという）の、内燃機関の電磁式燃料噴射弁に関する。

〔従来の技術〕

特開昭60-204962号公報、実開昭61-160266号公報は３ホ
ールタイプの燃料噴射弁を開示している。従来の３ホー
ルタイプの燃料噴射弁は、インジェクタボデーとそれに
取付けられるアダプタを有する。インジェクタボデーは
単一の燃料計量噴孔を有し、アダプタは、燃料計量噴孔
からの燃料が噴射されるデッドボリューム部とデッドボ
リューム部につらなる３つの噴射燃料通路を有する。デ
ッドボリューム部は平坦な底面を有しその底面に３つの
噴射燃料通路は開口している。燃料計量噴孔からデッド
ボリューム部内に噴射された噴射燃料はデッドボリュー
ム部内を噴霧柱となって飛行し、デッドボリューム部の
底面のうち燃料計量噴孔に対向する部分にあたって前記
底面に沿って半径方向外方に広がり、そのうちの一部は
直接噴射燃料通路を通って内燃機関の吸気通路内に噴出
し、残りはデッドボリューム部または噴射燃料通路の壁
面にあたり付着しやがて噴射燃料通路を通って内燃機関
の吸気通路内に出される。

〔考案が解決しようとする問題点〕

しかし、従来の燃料噴射弁では、デッドボリューム部の
底面に衝突した燃料はこの底面に沿って拡がり、この底
面はデッドボリューム部の横断面積（軸心と直交する断
面の面積）から３つの噴射燃料通路のデッドボリューム
部への開口面積の和を差引いた、大きな面積を有するの
で、燃料の衝突面への付着量が増え、付着燃料がたまっ
てくると表面張力に打勝ってたれる、すなわち後だれが
生じるという問題があった。たれる燃料は次の噴射の燃
料とまじって噴射量を変えるので、すなわちたまる間は
うすく、たれるときは濃くなるので、エンジンの運転に
不安定を生じる。また、たれる燃料はかたまった微粒化
されてない燃料であるから、燃焼性を悪化させる。した
がって、後だれは防止されなければならない。

また、燃料噴射弁の各部の形状、寸法が製作誤差によっ
て変化すると、噴霧最外角も変化し、その結果、内燃機
関の燃焼特性も変わる。これを防止するためには、噴霧
最外角を、燃料噴射弁の各部の形状寸法が変化しても、
一定となるように規制することが必要である。

本考案の目的は多ホールタイプの燃料噴射弁において燃
料の後だれを防止するとともに噴霧最外角を規制するこ
とにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点は以下の内燃機関の燃料噴射弁によって解決
される。すなわち、上記目的は次の内燃機関の燃料噴射
弁によって達成される。

（１）長手方向軸心を有し、該長手方向軸心上に軸心を
有する噴射される燃料を計量するための単一の燃料噴孔
を有するインジェクタボデーと；前記インジェクタボデーに取付けられるアダプタに形成
された側面と底面とを有する凹状表面と前記インジェク
タボデーの下面とによって郭定され、前記燃料噴孔の下
流側に位置して前記燃料噴孔につらなり、前記インジェ
クタボデーの長手方向軸心と同一軸心を有するデッドボ
リューム部と；前記アダプタに前記アダプタを貫通する
ように形成され、前記デッドボリューム部の下流側に位
置して前記デッドボリューム部につらなり、前記デッド
ボリューム部への開口端が前記インジェクタボデーの長
手方向軸心まわりに周方向に等間隔に配設され、それぞ
れ前記インジェクタボデーの長手方向軸心から傾けられ
ている、複数個の噴射燃料通路と；前記アダプタの前記凹状表面の前記底面から前記デッド
ボリューム部内に前記インジェクタボデーの前記燃料噴
孔に向って延び、側面と前記燃料噴孔から下流側に隔て
られているとともに前記燃料噴孔に対向する円形でかつ
平坦な頂面とを有し、前記インジェクタボデーの長手方
向軸心と同一軸心を有する柱と；を備え、前記柱の頂面の最外周部と前記複数の噴射燃料通路の下
端開口を外接する円とを前記インジェクタボデーの長手
方向軸心を含む平面内で結ぶ直線の長さをｌ、燃料が頂
面に衝突して流れる噴霧最外角をβ、前記噴射燃料通路
の通路軸心の前記インジェクタボデーの長手方向軸心と
なす角度をα（ただし、α＜β）、前記噴射燃料通路の
通路軸心と直交する断面の径をＡとした場合、ｌ≧A/si
n（β−α）の関係をもたされていることを特徴とする
内燃機関用燃料噴射弁。

上記の燃料噴射弁は、次の実施の態様をとることができ
る。

（２）前記噴射燃料通路の個数が３個であり、前記噴射
燃料通路が噴射燃料通路軸心と直交する方向の断面が円
形であり、前記噴射燃料通路のそれぞれの前記デッドボ
リューム部への開口端の中心が前記インジェクタボデー
の長手方向軸心を中心とする同一の円周上に配設されて
いる（１）記載の内燃機関用燃料噴射弁。

〔作用〕

上記本考案の燃料噴射弁では燃料噴孔からデッドボリュ
ーム部内に間歇的に噴射される燃料は、噴霧柱となって
デッドボリューム部内を飛行し、その一部が、デッドボ
リューム部の底面から燃料噴孔に向って立上った柱の頂
面に衝突し半径方向外方へと拡げられようとし、噴霧柱
のうち柱の頂面にあたらない部分とベクトル的に合成さ
れて、インジェクタボデーの長手方向軸心と斜めにかつ
下流方向に向かう流れとなって、かなりの部分がデッド
ボリューム部の底面や噴射燃料通路の壁面に付着するこ
となく噴射燃料通路を通り抜けて、噴出される。とく
に、ｌ≧A/sin（β−α）の関係をもたせたので、加工
誤差等によって柱に衝突した後の燃料流れの噴霧角度に
ばらつきが生じても、噴射燃料通路から出た燃料の噴霧
角の最大角度は噴射燃料通路の下端外周によって規制さ
れ、安定した噴霧が得られる。

〔実施例〕

以下に、本考案に係る内燃機関用燃料噴射弁の、望まし
い実施例を、図面を参照して説明する。

まず、第４図を参照して燃料噴射弁の全体構成を説明す
ると、燃料噴射弁２は、インジェクタボデー４、インジ
ェクタボデー４に取付けられたアダプタ６、インジェク
タボデー４内に軸方向に移動可能に挿入されたニードル
バルブ８、ニードルバルブに当接された可動コア10、可
動コア10に軸方向に対向して設けられた固定コア12、可
動コア10を固定コア12から離れる方向に付勢するスプリ
ング14、固定コア12、可動コア10、インジェクタボデー
４に磁束を生成して可動コア10を固定コア12方向に引寄
せるコイル16、インジェクタボデー４内に形成された燃
料通路18、燃料通路18の上流に設けられたストレーナ2
0、コイル16に電流を流すためのターミナル22、を有す
る。燃料噴射弁２にはインテーク負圧に対してほぼ一定
圧増圧された燃料が供給され、コイル16に間歇的に電流
を流し、可動コア10をスプリング14の付勢力に抗して間
歇的に固定コア12に吸着し、ニードルバルブ８をバルブ
シートから離れさせて、間歇的に燃料を噴射する。燃料
噴射量はコイル16に間歇的に電流を流しているONの時間
をエンジンコントロールコンピュータからの指令に従っ
て長短に制御することによって制御される。

第１図ないし第３図はインジェクタボデー４の先端部と
その近傍の構造を示している。インジェクタボデー４に
はアダプタ６が固定される。インジェクタボデー４は長
手方向軸心を有し、この長手方向軸心に軸心を有する、
噴射される燃料の単位時間の量を一定量に計量するため
の、単一の燃料噴孔24を有する。燃料噴孔24はテーパ状
のバルブシート26に連なっている。このバルブシート26
にニードルバルブ８が離れたり着座したりして、ニード
ルバルブ８外面とインジェクタボデー４の内面との間を
通って流れてくる燃料を、燃料噴孔24に流したり、カッ
トしたりする。

アダプタ６には、デッドボリューム部28が形成されてい
る。デッドボリューム部28は、側面30と底面32とを有す
る凹状表面と、インジェクタボデー４の下面34とによっ
て郭定されている。デッドボリューム部28は燃料噴孔24
の下流側に位置し燃料噴孔24につらなっている。デッド
ボリューム部28はインジェクタボデー４の長手方向軸心
と同一軸心を有する。

アダプタ６には、アダプタ６を軸方向に斜めに貫通する
ように、複数個の噴射燃料通路36、38、40が形成されて
いる。噴射燃料通路の個数が３個の場合が、第１図ない
し第３図に示されているが、２個または４個以上であっ
てもよい。噴射燃料通路36、38、40はデッドボリューム
部28の下流側に位置してデッドボリューム28に連なって
いる。複数個の噴射燃料通路のデッドボリューム部28へ
の開口端は、インジェクタボデー４の長手方向軸心まわ
りに、周方向に等間隔に配設されている。噴射燃料通路
の個数が３個の場合は、周方向に120°間隔で配置され
る。噴射燃料通路36、38、40の下流側端はアダプタ６の
下面42に開口している。噴射燃料通路36、38、40は、イ
ンジェクタボデー４の長手方向軸心に対して傾けられ、
下流側程長手方向軸心から離れる傾きとなっている。

アダプタ６に形成されたデッドボリューム部28の底面32
には、この底面32からデッドボリューム部28内にインジ
ェクタボデー４の燃料噴孔24に向って延びる柱44が形成
されている。柱44は、側面46と頂面48を有しており、頂
面48は燃料噴孔24から下流側に隔てられているとともに
燃料噴孔24に対向している。柱44はインジェクタボデー
４の長手方向軸心と同一軸心を有する。

柱44の頂面48は、インジェクタボデー４の長手方向軸心
と直交する方向の形状が、円形である。これによって半
径方向外方へ飛散される燃料量を周方向に均一にする。

柱44の頂面48は、インジェクタボデー４の長手方向軸心
と直交する、平坦面から成る。

噴射燃料通路36、38、40が３個である場合、噴射燃料通
路36、38、40の通路軸心と直交する方向の断面は望まし
くは円形であり、この円形断面の噴射燃料通路36、38、
40のデッドボリューム28への開口端の中心36a、38a、40
aは、インジェクタボデー４の長手方向軸心を中心とす
る同一の円周上に配設されている。

上記のように構成された燃料噴射弁の作用について説明
する。

燃料噴孔24から計量されて噴射された噴射燃料は、第５
図に示すように、噴霧柱50となって柱44の頂面48に衝突
し飛散し、ほぼコーン状となって柱44の側面46から離れ
て噴射燃料通路36、38、40内へおよびデッドボリューム
部28の底面32へと飛散する。頂面48との衝突、飛散によ
って燃料の微粒化が大幅に促進される。柱44の頂面48の
面積は小なので頂面44への付着量は小である。噴射燃料
通路36、38、40に入った燃料はコーン状の下流側で膜が
切れて微粒化がさらに促進され、一部はそのまま通路を
通り抜けて噴射され、残りは噴射燃料通路36、38、40の
下端壁に衝突して微粒化されて噴射される。また、底面
32にあたった燃料はやがて噴射燃料通路36、38、40を通
って出るが、底面32への付着量は、上記の柱44の頂面48
への衝突とそれによるコーン状飛散とによって従来に比
べて極めて少量となる。従来は本考案の柱44がないの
で、底面に直接あたり、大きな面積の底面にかなりの量
の燃料が付着する他、大きな面積の平坦な底面にあたっ
た燃料はデッドボリューム部の側面にもかなりの量あた
って付着するが、本考案では柱44を設けたことにより、
このような付着が効果的に防止され、後だれを生じにく
い。

つぎに、さらに詳しい、各部の構造、作用について説明
する。

まず、燃料噴孔24から噴射される燃料の噴霧柱、および
この噴霧柱が柱44の頂面48に衝突して形成される燃料の
飛散経路との関係について、第５図および第６図を参照
して説明する。

柱44の頂面48の面積をπa²/4（ａは頂面48の等価直径）
とし、噴霧柱50の、頂面48と衝突する位置での、断面積
をπd²/4（ｄは噴霧柱の等価直径で、燃料噴孔24の直径
にほぼ等しい）とした場合、πa²/4＜πd²/4の関係が保
持されることが望まれる。

これによって、燃料噴霧柱50の断面方向中央部が柱44の
頂面48と衝突して形成される半径方向外方に向かう第１
の燃料流れ52と、燃料噴霧柱50の断面方向外周部が柱44
の頂面48と衝突しないでそのまま軸心方向に流れる第２
の燃料流れ54とのベクトル合成によって形成される第３
の燃料流れ56が、柱44の側面46から離れて噴射燃料通路
36、38、40内に向かうようにされる。

また、柱44の頂面48の最外周部と噴射燃料通路36、38、
40の下端開口部の外接円Ｄをインジェクタボデー長手方
向軸心を含む平面内で結んだ直線の長さをｌとし、燃料
が頂面に衝突して流れる噴霧最外角をβとし、各噴射燃
料通路36、38、40がインジェクタボデー４の長手方向軸
心となす角度をα（ただし、α＜β）とし、各噴射燃料
通路36、38、40の通路軸心と直交する断面の直径をＡと
した場合、第３の燃料流れ56の流れ中心線が噴射燃料通
路36、38、40の下流側開口部に外接する円Ｄの外周に交
わるか、またはこの円Ｄの外周より若干上側で噴射燃料
通路36、38、40の内周面に交わる、関係をもたされるこ
とが望ましい。この関係は、柱44の頂面48の外周角と噴
射燃料通路下端外接円Ｄとの最小距離をｌ（第１図参
照）とした場合、ｌ≧A/sin（β−α）の関係をもたせることによって満足される。等号が成り
立つときが第３の流れ56の中心線が円Ｄと丁度交わると
きであり、この場合が最も望ましい。ｌがA/sin（β−
α）よりも大きくなるにつれて第３の流れ56は噴射燃料
通路36、38、40の下端部内周面とより多く交わるように
なるので、燃料付着量が増すので、若干大きい程度にと
どめることが望まれる。もしもｌがA/sin（β−α）よ
り小さくなると、第３の流れ56が噴射燃料通路36、38、
40の下端部によって規制されなくなり、第３の流れ56の
方向βが、加工誤差等によって容易にばらつき、噴霧が
不安定になるので、望ましくない。ただし、柱条の燃料
が衝突面φａに衝突した場合、衝突後の噴霧の噴射角β
と衝突面φａと噴孔部直径φｄの関係が、文献：機械学
会誌、30-117（昭２）、283、松本のの近似式であらわされることは、知られている。柱44と
噴射燃料通路36、38、40との望ましい関係について、第
１図、第７図を参照して説明すると次の通りである。

柱44の側面46は、デッドボリューム部28の底面32に近づ
くにつれてインジェクタボデー４の長手方向軸心から離
れるテーパ状に形成されており、柱44の下部の断面が最
も大径となる部分の外径ｂは、噴射燃料通路36、38、40
のデッドボリューム部28への開口端部を内接する円の直
径ｃよりも大とされることが望ましい。これによって柱
44の下部から各噴射燃料通路36、38、40の内壁面への移
行部に段部58が形成される。この段部58によって噴射燃
料通路36、38、40に入る噴霧に乱れを起し微粒化が促進
される。

つぎに、柱44とデッドボリューム部28と燃料噴孔24との
背圧上の望ましい相互形状関係について説明する。柱44
の頂面48が燃料噴孔24に余りに近づきすぎると、燃料噴
孔24から噴出される燃料のインジェクタボデー４内背圧
が上るおそれがある。燃料噴孔24から噴射される燃料量
は、インジェクタボデー４内のふくろ穴部60の燃料圧力
Pfとデッドボリューム部28内の圧力Pi（インテークマニ
ホルドと噴射燃料通路36、38、40を介して通じているの
で、デッドボリューム部28内圧力はインテーク負圧に本
質的に等しい）との差圧（Pf−Pi）と、燃料噴孔24の断
面積πd²/4とによって決定されるが、背圧が変化して燃
料圧力Pfが変わると燃料噴射量が変わって望ましくな
い。このため、柱44はインジェクタボデー４内背圧が変
わる程、燃料噴孔24に近づけられるべきではない。この
条件は、柱44の頂面48と燃料噴孔24の下端との距離をl₁
（第１図参照）とした場合、 πａl₁≧πd²/4 の関係を保持させることによって、満足されることが試
験によって確かめられた。すなわち、上の条件を満足す
る距離l₁が柱44の頂面48と燃料噴孔24下端との間に設け
ることによって、燃料の背圧が上昇することが防止さ
れ、一定差圧による正確な燃料計量が可能になる。

つぎに、デッドボリューム部28の外径と噴射燃料通路3
6、38、40との望ましい形状上の関係について説明す
る。燃料噴孔24から噴射された燃料は噴霧柱となって柱
44の頂面48に衝突し、少量ではあるが一部はデッドボリ
ューム部28の側面30にも飛散する。この側面30に付着し
た燃料がかたまりになって噴射燃料通路36、38、40に入
っていくと後だれを生じるおそれがある。これを防止す
るために、デッドボリューム部28の、インジェクタボデ
ー長手方向軸心と直交する断面の面積をπC²/4とし（Ｃ
はデッドボリューム部28の等価直径）、噴射燃料通路3
6、38、40のデッドボリューム部28への開口端断面を包
絡する外接円の直径をＢとした場合、Ｂ＞Ｃの関係をも
たされている。これによって、デッドボリューム部28か
ら噴射燃料通路36、38、40への移行部に段部62が形成さ
れる。この段部62によって、デッドボリューム部28の側
面30に付着した燃料が噴射燃料通路36、38、40に入ると
き、段部62の角のシャップエッジを離れて飛散し、微粒
化される。したがって後だれを生じないか、極めて生じ
にくい。

つぎに、デッドボリューム部28の底面32の望ましい形状
について説明する。底面32は各噴射燃料通路36、38、40
に燃料が流れ込みやすいように傾斜されることが望まし
い。第１図においては、底面32が上方に向って断面ほぼ
Ｖ字型の、環状凹面に形成されている。Ｖ字の脚をなす
第１の面32_Sと第２の面32_Tの交点32_Kは各噴射燃料通路3
6、38、40の中心軸心近傍にあり、面32_S、32_Tは該中心
軸心に向って下方に傾斜されている。これによって底面
32に付着する燃料が交点32_Kに向って流れ、燃料を空気
流速の速い噴射燃料通路の軸心近傍に集め、積極的に飛
散させることができる。第８図は底面32の、第１図とは
別の、望ましい態様を示す。第８図の例では、底面32は
インジェクタボデー４の長手方向軸心に向って傾斜する
面32_Sのみから成る。このようにすれば、底面32に付着
した燃料は速やかに噴射燃料通路36、38、40に導かれ、
飛散、微粒化される。

〔考案の効果〕

本考案によれば、次の効果が得られる。

（イ）ｌ≧A/sin（β−α）、ただし（α＜β）の関係
をもたせたので、加工誤差等があっても噴射燃料通路か
ら出た燃料噴霧角が３ホール先端部内壁面外周によって
規制され、噴霧最外角が安定する。

また、本出願人が先に提案した、柱44を有する燃料噴射
弁の全ての効果、すなわち次の効果、も当然に得られ
る。

（ロ）デッドボリューム部28の底面32から燃料噴孔24に
向って延びる柱44を設け、燃料噴孔24から噴射される燃
料を柱44の頂面48に衝突させるようにしたので、燃料の
微粒化が促進される。

（ハ）また、燃料噴孔24から噴射される噴霧柱50をデッ
ドボリューム部28の底面32より上流側で柱44の頂面48に
あて、コーン状に拡がる流れとして噴射燃料通路36、3
8、40内に突入させるので、デッドボリューム部28の底
面32、側面30に付着する燃料量は激減し燃料の後だれを
大幅に低減できる。

（ニ）燃料噴孔24から噴射される噴霧柱50の一部は、柱
44の頂面48にあたるが、柱44の頂面48の面積は従来の底
面にくらべて小さいので、柱44の頂面48への燃料の付着
は極めて小であり、また付着したとしても間歇的に燃料
があたる面なので、頂面48に付着する燃料による後だれ
は、ほとんど無視できる。

（ホ）上記の燃料の微粒化、後だれ防止によって、内燃
機関の燃焼の安定性と応答性の向上が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の望ましい実施例に係る内燃機関用燃料
噴射弁の、燃料噴孔、デッドボリューム部、噴射燃料通
路とそれらの近傍部の断面図、第２図は第１図のII-II線に沿う断面図、第３図は第１図の装置の底面図、第４図は第１図の燃料噴射弁の全体断面図、第５図は燃料が流れている状態の第１図の装置の断面
図、第６図は燃料流れのベクトル合成図、第７図は第１図における柱と噴射燃料通路近傍の拡大断
面図、第８図はデッドボリューム部の底面が第１図の態様と異
なる、本考案の他の態様に係る、内燃機関用燃料噴射弁
の先端部近傍の断面図、である。２……燃料噴射弁４……インジェクタボデー６……アダプタ 24……燃料噴孔 28……デッドボリューム部 32……デッドボリューム部の底面 36、38、40……噴射燃料通路 44……柱 46……柱の側面 48……柱の頂面 50……噴霧柱

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】長手方向軸心を有し、該長手方向軸心上に
軸心を有する噴射される燃料を計量するための単一の燃
料噴孔を有するインジェクタボデーと；前記インジェクタボデーに取付けられるアダプタに形成
された側面と底面とを有する凹状表面と前記インジェク
タボデーの下面とによって郭定され、前記燃料噴孔の下
流側に位置して前記燃料噴孔につらなり、前記インジェ
クタボデーの長手方向軸心と同一軸心を有するデッドボ
リューム部と；前記アダプタに前記アダプタを貫通する
ように形成され、前記デッドボリューム部の下流側に位
置して前記デッドボリューム部につらなり、前記デッド
ボリューム部への開口端が前記インジェクタボデーの長
手方向軸心まわりに周方向に等間隔に配設され、それぞ
れ前記インジェクタボデーの長手方向軸心から傾けられ
ている、複数個の噴射燃料通路と；前記アダプタの前記凹状表面の前記底面から前記デッド
ボリューム部内に前記インジェクタボデーの前記燃料噴
孔に向って延び、側面と前記燃料噴孔から下流側に隔て
られているとともに前記燃料噴孔に対向する円形でかつ
平坦な頂面とを有し、前記インジェクタボデーの長手方
向軸心と同一軸心を有する柱と；を備え、前記柱の頂面の最外周部と前記複数の噴射燃料通路の下
端開口を外接する円とを前記インジェクタボデーの長手
方向軸心を含む平面内で結ぶ直線の長さをｌ、燃料が頂
面に衝突して流れる噴霧最外角をβ、前記噴射燃料通路
の通路軸心の前記インジェクタボデーの長手方向軸心と
なす角度をα（ただし、α＜β）、前記噴射燃料通路の
通路軸心と直交する断面の径をＡとした場合、ｌ≧A/si
n（β−α）の関係をもたされていることを特徴とする
内燃機関用燃料噴射弁。
【請求項２】前記噴射燃料通路の個数が３個であり、前
記噴射燃料通路が噴射燃料通路軸心と直交する方向の断
面が円形であり、前記噴射燃料通路のそれぞれの前記デ
ッドボリューム部への開口端の中心が前記インジェクタ
ボデーの長手方向軸心を中心とする同一の円周上に配設
されている実用新案登録請求の範囲第１項記載の内燃機
関用燃料噴射弁。